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1 • Électrons, ions et plasmas
courant et tension et les procédés de stockage des charges étaient essentiellement
des condensateurs (les bouteilles de Leyde) de mauvaise qualité. Les performances
médiocres de ces appareils limitaient toute perspective de développement expérimental pour explorer les propriétés des courants électriques.
Vers 1790, le physiologiste Italien Galvani, étudiant des phénomènes d’électrophysiologie associés à la contraction de cuisses de grenouilles, proposa une explication
basée sur l’électricité atmosphérique ; mais c’est à Volta, en 1800, que revient le
mérite de l’identification de l’origine de ces contractions. Volta remarqua que ces
phénomènes nécessitent l’utilisation de deux métaux de nature différente.
Partant de cette observation, il construit la première pile électrique en empilant des
rondelles de métaux différents séparées par des rondelles de drap imbibé de solution saline. Un tel dispositif, appelé pile de par sa constitution, présente alors
naturellement un pôle positif et un pôle négatif entre lesquels s’écoule un courant
électrique lorsque le circuit est fermé. Cette invention de la pile électrique allait
permettre le développement d’expériences sur la dynamique des phénomènes électriques et magnétiques tout au long du XIX
e siècle.
En 1820, suivant en cela une intuition récurrente du lien entre électricité et magnétisme, le Danois Ørsted démontre, à l’aide d’une pile de Volta et d’une aiguille de
boussole, que le passage d’un courant électrique engendre un champ magnétique ;
l’année suivante Ampère met en place le formalisme permettant d’interpréter ce premier phénomène électrodynamique, réalisant ainsi la première synthèse théorique
entre électricité et magnétisme. Puis, Faraday, en 1831, met en évidence le phénomène d’induction électromagnétique, démontrant que les champs magnétiques
engendrent des champs électriques. L’unification de l’électricité et du magnétisme
était ainsi achevée.
C’est à Maxwell que revient le mérite de parachever cet édifice en publiant en 1865
un système complet d’équations permettant d’interpréter et de modéliser l’ensemble
des phénomènes électriques et magnétiques observés à l’époque. Cette synthèse
finale, entre électricité et magnétisme, s’accompagne d’une unification encore plus
vaste, englobant l’optique, puisque ces équations, dites de Maxwell, admettent des
solutions décrivant des ondes se propageant à la vitesse de la lumière. En 1888,
Hertz, utilisant un circuit électromagnétique oscillant (et une détection par plasma
d’étincelle), produit et détecte de telles ondes, confirmant ainsi cette prédiction. Dès
lors, la lumière est considérée comme une vibration transverse de nature électromagnétique et les résultats établis en 1815 par Fresnel, qui, pour construire une théorie
dynamique de la réfraction et de la diffraction, avait utilisé l’hypothèse d’une vibration transverse de nature inconnue, se trouvent confirmés et précisés, la vibration
transverse de Fresnel est donc de nature électrique.
Cette synthèse entre les phénomènes électriques, magnétiques et optiques, formalisée
à travers le système des équations de Maxwell, est l’un des outils essentiel de la
physique des plasmas.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
1 • Électrons, ions et plasmas
courant et tension et les procédés de stockage des charges étaient essentiellement
des condensateurs (les bouteilles de Leyde) de mauvaise qualité. Les performances
médiocres de ces appareils limitaient toute perspective de développement expérimental pour explorer les propriétés des courants électriques.
Vers 1790, le physiologiste Italien Galvani, étudiant des phénomènes d’électrophysiologie associés à la contraction de cuisses de grenouilles, proposa une explication
basée sur l’électricité atmosphérique ; mais c’est à Volta, en 1800, que revient le
mérite de l’identification de l’origine de ces contractions. Volta remarqua que ces
phénomènes nécessitent l’utilisation de deux métaux de nature différente.
Partant de cette observation, il construit la première pile électrique en empilant des
rondelles de métaux différents séparées par des rondelles de drap imbibé de solution saline. Un tel dispositif, appelé pile de par sa constitution, présente alors
naturellement un pôle positif et un pôle négatif entre lesquels s’écoule un courant
électrique lorsque le circuit est fermé. Cette invention de la pile électrique allait
permettre le développement d’expériences sur la dynamique des phénomènes électriques et magnétiques tout au long du XIX
e siècle.
En 1820, suivant en cela une intuition récurrente du lien entre électricité et magnétisme, le Danois Ørsted démontre, à l’aide d’une pile de Volta et d’une aiguille de
boussole, que le passage d’un courant électrique engendre un champ magnétique ;
l’année suivante Ampère met en place le formalisme permettant d’interpréter ce premier phénomène électrodynamique, réalisant ainsi la première synthèse théorique
entre électricité et magnétisme. Puis, Faraday, en 1831, met en évidence le phénomène d’induction électromagnétique, démontrant que les champs magnétiques
engendrent des champs électriques. L’unification de l’électricité et du magnétisme
était ainsi achevée.
C’est à Maxwell que revient le mérite de parachever cet édifice en publiant en 1865
un système complet d’équations permettant d’interpréter et de modéliser l’ensemble
des phénomènes électriques et magnétiques observés à l’époque. Cette synthèse
finale, entre électricité et magnétisme, s’accompagne d’une unification encore plus
vaste, englobant l’optique, puisque ces équations, dites de Maxwell, admettent des
solutions décrivant des ondes se propageant à la vitesse de la lumière. En 1888,
Hertz, utilisant un circuit électromagnétique oscillant (et une détection par plasma
d’étincelle), produit et détecte de telles ondes, confirmant ainsi cette prédiction. Dès
lors, la lumière est considérée comme une vibration transverse de nature électromagnétique et les résultats établis en 1815 par Fresnel, qui, pour construire une théorie
dynamique de la réfraction et de la diffraction, avait utilisé l’hypothèse d’une vibration transverse de nature inconnue, se trouvent confirmés et précisés, la vibration
transverse de Fresnel est donc de nature électrique.
Cette synthèse entre les phénomènes électriques, magnétiques et optiques, formalisée
à travers le système des équations de Maxwell, est l’un des outils essentiel de la
physique des plasmas.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit